換熱器設(shè)計(jì)書

1、設(shè)計(jì)條件及主要物性參數(shù)表1.1設(shè)計(jì)題目1.2操作條件概述與設(shè)計(jì)方案簡(jiǎn)介12.1冷卻劑出口溫度的確定22.2流動(dòng)空間的選擇3,22.3管程和殼程數(shù)的確定2.4設(shè)備結(jié)構(gòu)的選擇工藝設(shè)計(jì)計(jì)算3.1計(jì)算和初選換熱器的規(guī)格3.2核算壓力降3.3核算總傳熱系數(shù)4輔助設(shè)備的計(jì)算和選型4.1管徑初選4.2壓頭He.9.95設(shè)計(jì)結(jié)果匯總表106設(shè)計(jì)評(píng)述11參考文獻(xiàn)：111設(shè)計(jì)條件及主要物性參數(shù)表1.1設(shè)計(jì)題目某制藥廠在生產(chǎn)工藝過程中，需將乙醇液體從75C冷卻到45C，乙醇的流量為 Wkg/h。冷卻介質(zhì)采用21C的河水。要求換熱器的管程和殼程壓降不大于 30 kPa試設(shè)計(jì)并選擇管殼式換熱器。1.2操作條件(1)乙醇

2、：入口溫度75C出口溫度45C(2)冷卻介質(zhì)：河水入口溫度21C出口溫度27C(3) 允許壓降：不大于30 kPa(4) 定性溫度(乙醇60C,水24C)下流體物性:密度(Kg/m 3)比熱容 (KJ/Kg. C)粘度(Pa.s)導(dǎo)熱系數(shù)(W/m. C)乙醇765.72.7580.601X 10-30.1696河水997.24.180.923X 10-30.60642概述與設(shè)計(jì)方案簡(jiǎn)介1換熱器的選擇涉及因素很多，如介質(zhì)的腐蝕性及其它特性、操作溫度與壓力、換熱器 的熱負(fù)荷、管程與殼程的溫差、檢修與清理要求等。具體選擇時(shí)應(yīng)綜合考慮各方面因素。 對(duì)每種特定的傳熱工況，通過優(yōu)化選型會(huì)得到一種最適合的設(shè)

3、備型號(hào)；如果將這個(gè)型號(hào)的 設(shè)備應(yīng)用到其他工況，則傳熱效果可能會(huì)改變很大。因此，針對(duì)具體工況選擇換熱器類型, 是很重要和復(fù)雜的工作。對(duì)管殼是換熱器的設(shè)計(jì)，應(yīng)從下方面考慮。2.1冷卻劑出口溫度的確定2在水作為冷卻劑時(shí)，為便于循環(huán)操作、提高傳熱推動(dòng)力、冷卻水的進(jìn)、出口溫差一般 控制在5C10C左右。在本次設(shè)計(jì)中將出口溫度設(shè)計(jì)為 27C。2.2流動(dòng)空間的選擇3,2確定流動(dòng)空間的基本原則：(1) 不潔凈和易結(jié)垢的流體宜走管程，因?yàn)楣艹糖逑幢容^方便。(2) 腐蝕性的流體宜走管程，以免管子和殼體同時(shí)被腐蝕，且管程便于檢修與更換。(3) 壓力高的流體宜走管程，以免殼體受壓，可節(jié)省殼體金屬消耗量(4) 被冷卻的

4、流體宜走殼程，可利用殼體對(duì)外的散熱作用，增強(qiáng)冷卻效果。(5) 飽和蒸汽宜走殼程，以便于及時(shí)排除冷凝液，且蒸汽較潔凈，一般不需清洗。(6) 有毒易污染的流體宜走管程，以減少泄漏量。(7) 流量小或粘度大的流體宜走殼程，因流體在有折流擋板的殼程中流動(dòng)，由于流速 和流向的不斷改變，在低 Re( Re100)下即可達(dá)到湍流，以提高傳熱系數(shù)。(8) 若兩流體溫差較大，宜使對(duì)流傳熱系數(shù)大的流體走殼程，因壁面溫度與 a大的流 體接近，以減小管壁與殼壁的溫差，減小溫差應(yīng)力。根據(jù)以上原則可以確定河水走管程，乙醇走殼程。2.3管程和殼程數(shù)的確定3當(dāng)換熱器的換熱面積較大而管子又不能很長(zhǎng)，為提高流體在管內(nèi)的流速，需將

5、管束分 程。但程數(shù)過多，導(dǎo)致管程流動(dòng)阻力和動(dòng)力能耗增大，同時(shí)使平均傳熱溫差下降，設(shè)計(jì)時(shí) 應(yīng)權(quán)衡考慮。管殼式換熱器系列標(biāo)準(zhǔn)中管程數(shù)有1、2、4、6四種。在本次設(shè)計(jì)選用了管程為2。當(dāng)溫差校正系數(shù) t小于0.8時(shí)應(yīng)采用多殼程。然而在本次設(shè)計(jì)中 t=0.97,采用了 單殼程。2.4設(shè)備結(jié)構(gòu)的選擇根據(jù)本次題目的要求應(yīng)當(dāng)選用管殼式換熱器3工藝設(shè)計(jì)計(jì)算乙 醇：入口溫度75C出口溫度45C冷卻介質(zhì)：河水入口溫度21 C出口溫度27C允許壓降：不大于30 kPa定性溫度(乙醇60C，水24C)下流體物性：密度(Kg/m 3)比熱容(KJ/Kg. C)粘度(Pa.s)導(dǎo)熱系數(shù)(W/m. C)乙醇765.72.75

6、80.601X 10-30.1696河水997.24.180.923X 10-30.60643.1計(jì)算和初選換熱器的規(guī)格(1) 計(jì)算熱負(fù)荷和冷卻水流量:Q = WhCph(T T2)=20000X 2.758X 103 X (75-45片 3600=459666.7 WQC ph (t2=65980.9 Kg/h_=459666.7 3600tj = 4.18 1 03 ( 27 - 21)(2) 計(jì)算兩流體的平均溫度差。暫按單殼程，多管程計(jì)算，逆流時(shí)平均溫度差為:34.6 C=(45-21)-(75-27) ,45-21I n75-27而: P=TH 烏 0.11T1 T2t2 175 45

7、27 21由圖4-19查得:t=0.97則：tm 0.97 34.633.56 C(3) 假設(shè) K=300W/ m2.CQ 459666.72則：S= =45.7mK tm 300 33.56由附錄中根據(jù)S選擇換熱器，規(guī)格見下表:殼徑/mm500管長(zhǎng)/m3公稱面積/m244.3管子總數(shù)256管程數(shù)2管子排列方法正方形斜轉(zhuǎn)45管子尺寸/mm流通面積/m0.0226實(shí)際傳熱面積：S0= n dL=256X 3.14X 0.019X (3-0.1)=44.29m2若選擇該型號(hào)的換熱器，則要求過程的總傳熱系數(shù)為:459666.7tm 44.29 33.562309.25W /( m2.C)3.2核算壓

8、力降(1) 管程壓力降:Pi ( PiP2) RNp其中R 1NP 2管程流通面積:A 0.0226m2di 0.015m駕詈罟13127(湍流)0 1設(shè)管壁粗糙度01mm, d-亦 o.。07由第一章中-Re關(guān)系圖中查得=.39則:所以:Pi(2552 981)1.5 2 10599Pa(2) 殼層壓力降:P0 ( p1P；)FsNs其中 Fs 1.15Ns 1取 h=0.3mNB L 1 19h 0.3殼程流通面積為：A h(D ncd) 0.3 (0.5 19 0.019) 0.0418m2所以：/765.7 0.172P10.4 0.64 19 (9 1)538Pa2計(jì)算表明管程和殼程

9、壓力都能滿住題設(shè)的要求3.3核算總傳熱系數(shù)(1) 管程對(duì)流傳熱系數(shù)i :i 0.023 ReTPr,40.023 0.6064 131270.8 6.360.43839.8W/(m2. C)di0.015(2) 殼程對(duì)流傳熱系數(shù) :取換熱器列管之中心距t 25mm則：取(乂)0.140.95Uw1則：00.36 0.1696 58610.55 10.24 0.956480.023(3) 污垢熱阻：參考附錄管內(nèi)外側(cè)污垢熱阻分別?。篟si 0.00052m2.C /WRso 0.00017m2.C /W(4) 總傳熱系數(shù)K。:管壁熱阻可忽略時(shí)，總傳熱系數(shù)為：K01370 W/(m 2. C)111

10、9190.000170.00052 -64815 3839.8 15則有:Ko 3701.2K 選 309由此可得設(shè)計(jì)選型滿足要求。4輔助設(shè)備的計(jì)算和選型4.1管徑初選初取水經(jīng)濟(jì)流速 u 1.5m s由于125mm不是標(biāo)準(zhǔn)管徑，因此確定 dl 150mm符合經(jīng)濟(jì)流速范圍故確定：d|150mm,u1.04m / s4.2壓頭He在水槽液面及壓力表處列柏努利方程取 0.15mm，/d 0.001，查圖得局部阻力：底閥1個(gè)標(biāo)準(zhǔn)90彎頭3個(gè)球心閥1個(gè)流入換熱器1 AA21 0.152/0.72 2 0.91流出換熱器0.5 1 A A 0.5 1 0.152/0.720.48故 8.5 0.75 3

11、9.5 0.91 0.4821.64換熱器壓降根據(jù)qv和He以及IS型離心泵系列特性曲線可以選擇型號(hào)為IS100-80-125的離心泵。5設(shè)計(jì)結(jié)果匯總表(1)乙醇：入口溫度75C出口溫度45E(2)冷卻介質(zhì)：河水入口溫度21C出口溫度27C(3)允許壓降：不大于30 kPa(4)設(shè)計(jì)換熱器型號(hào)及參數(shù)：殼徑/mm500管長(zhǎng)/m3公稱面積/m244.3管子總數(shù)256管程數(shù)2管子排列方法正方形斜轉(zhuǎn)45管子尺寸/mm 19X 2流通面積/m0.0226(5) IS100-80-125勺離心泵一臺(tái)6設(shè)計(jì)評(píng)述換熱器是石油、化工中最重要的熱工設(shè)備，對(duì)換熱器進(jìn)行科學(xué)計(jì)算，對(duì)換熱器的結(jié)構(gòu) 進(jìn)行合理的設(shè)計(jì)，是換熱器性能的重要保證。換熱器的熱工計(jì)算是換熱器的設(shè)計(jì)基礎(chǔ)，也 是換熱器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的前提，因此在換熱器的設(shè)計(jì)中，只有經(jīng)過對(duì)換熱器結(jié)構(gòu)參數(shù)的不斷調(diào) 整，反復(fù)計(jì)算，才能使換熱器的性能更高，設(shè)計(jì)更加合理。另外，在換熱器設(shè)計(jì)中要綜合 考慮多種因素，如介質(zhì)流速，壓力降、膜傳熱系數(shù)、以及面積余量等，并盡量選擇